Устройство охлаждения



Устройство охлаждения
Устройство охлаждения

 


Владельцы патента RU 2566950:

Резвов Андрей Владимирович (RU)
Огнев Геннадий Леонидович (RU)

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники. Устройство охлаждения, содержащее термоэлектрические модули, одна поверхность которых контактирует с объектом охлаждения, другая поверхность термоэлектрических модулей - с теплообменником, а также насос циркуляции теплоносителя. Каждый из n ≥ 2 термоэлектрических модулей снабжен собственным теплообменником, соединенным с общей охлаждающей магистралью через насос(ы) циркуляции теплоносителя. Техническим результатом является улучшение теплового контакта поверхностей термоэлектрических модулей с теплообменниками. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники.

Известен холодильный термоэлектрический блок АХ - ЖВ - 250 - 12 (см. crystalltherm.com>images/Katalogi/Каталог-2012.pdf) изготовления ООО НПО «Кристалл», содержащий два и более термоэлектрических модулей, установленных одной стороной на жидкостный теплообменник, а вторая сторона термоэлектрических модулей контактирует с воздушным радиатором.

Известна также термоэлектрическая сборка типа «жидкость - жидкость» 400-24-LL (см. kryothermtec.com) изготовления фирмы «Криотерм», в которой термоэлектрические модули контактируют своими сторонами с жидкостными теплообменниками. Недостатками этих устройств является большая сложность изготовления теплообменника, полностью прилегающего к поверхности всех термоэлектрических модулей, второй поверхностью установленных на другом теплообменнике, из-за технологического разброса высоты термоэлектрических модулей и непараллельности их сторон. Устранять получающиеся зазоры приходится за счет теплопроводящих паст или клеев, увеличивая тепловое сопротивление, что приводит, при прочих равных, к уменьшению разности температур между холодной и горячей сторонами и уменьшению холодильного коэффициента в целом.

Известно устройство для охлаждения из патента RU 2118759, МПК: F24F 3/14, F28D 7/00, G05D 22/00, выбранное в качестве прототипа, содержащее термоэлектрические модули, одна поверхность которых контактирует с объектом охлаждения, а другая поверхность термоэлектрических модулей - с теплообменником, а также насос циркуляции теплоносителя через теплообменники. В зависимости от технологического процесса сборки устройства к изготовлению основания конденсатора или корпуса жидкостного теплообменника предъявляются требования, обеспечивающие гарантированный тепловой контакт поверхности всех термоэлектрических модулей либо с основанием конденсатора при предварительной установке термоэлектрических модулей на жидкостный теплообменник, либо с корпусом жидкостного теплообменника при предварительной установке термоэлектрических модулей на основание конденсатора.

Размещение нескольких термоэлектрических модулей между двумя теплообменными поверхностями для обеспечения теплового контакта требует применения большого числа элементов, стягивающих между собой эти поверхности, что приводит к перетеканию тепла между поверхностями и уменьшению разности температур горячей и холодной сторон термоэлектрических модулей.

Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение теплового контакта поверхностей термоэлектрических модулей с теплообменниками при одновременном упрощении процесса изготовления теплообменников и крепления термоэлектрических модулей между ними.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве охлаждения, содержащем термоэлектрические модули, одна поверхность которых контактирует с объектом охлаждения, а другая поверхность термоэлектрических модулей - с теплообменником, а также насос циркуляции теплоносителя, в отличие от известного, каждый из n≥2 термоэлектрических модулей снабжен собственным теплообменником, соединенным с общей охлаждающей магистралью через насос циркуляции теплоносителя.

В устройстве охлаждения предлагается каждый термоэлектрический модуль снабдить узлом поджатия к объекту охлаждения, выполненным в виде плоской пружины, один конец которой закреплен на объекте охлаждения, а второй конец поджат к охлаждающей стороне термоэлектрического модуля.

В устройстве охлаждения предлагается каждый теплообменник, контактирующий с горячей стороной термоэлектрического модуля, снабдить узлом поджатия к термоэлектрическому модулю, выполненному в виде плоской пружины, один конец которой закреплен на теплообменнике, а второй конец поджат к горячей стороне термоэлектрического модуля.

В устройстве охлаждения предлагается насос циркуляции теплоносителя через теплообменники включить последовательно с теплообменниками, соединенными также последовательно, при этом расходно-напорные характеристики насоса циркуляции теплоносителя через теплообменники определяют из соотношения

ΔT=T1-Tп/T1≤ΔQ, где:

ΔT - разность температур теплоносителя на входе первого и выходе последнего теплообменников;

T1 - температура теплоносителя на входе первого теплообменника;

Tп - температура теплоносителя на выходе последнего теплообменника;

ΔQ - допуск на холодопроизводительность термоэлектрических модулей.

Данное изобретение актуально при количестве используемых термоэлектрических модулей более одного, так как при одном модуле не возникает проблем с обеспечением теплового контакта общего теплообменника и модулей, отличающихся по высоте и с непараллельными сторонами.

Улучшение теплового контакта поверхностей термоэлектрических модулей с теплообменниками решается тем, что индивидуальный теплообменник каждого термоэлектрического модуля исключает влияние их технологического разброса по высоте и непараллельности сторон, при обеспечении требуемой чистоты обработки поверхности, контактирующей с термоэлектрическим модулем. При стандартном допуске на высоту термоэлектрического модуля ±0,02 мм и непараллельности ±0,02 зазор между поверхностью теплообменника и термоэлектрическим модулем меньшей высоты может достигать величины 0,06 мм в середине термоэлектрического модуля размером 40×40 мм. В случае использования широко применяемой теплопроводящей пасты КПТ-8 с коэффициентом теплопроводности 0,8 Вт/м*К и тепловом потоке через термоэлектрический модуль 50 Вт на этом зазоре будет потеряно 2,3°C.

На увеличение разности температур поверхностей термоэлектрических модулей при прочих равных условиях направлено использование плоских пружин, которые полностью исключают перетекание тепла по элементам, стягивающим поверхности, между которыми расположены термоэлектрические модули.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена структура устройства с теплообменниками для каждого термоэлектрического модуля, и на фиг. 2 приведен узел I на фиг. 1.

При этом на фиг. 1 представлены: термоэлектрические модули 1 различной высоты и взаимным расположением поверхностей, одна поверхность которых контактирует с объектом охлаждения 2, а другая поверхность термоэлектрических модулей - с соединенными последовательно теплообменниками 3, а также насос(ы) 4 циркуляции теплоносителя через теплообменники, соединенные с общей охлаждающей магистралью 5. В общем случае, в устройстве может быть несколько групп из последовательно соединенных между собой теплообменников и насоса.

При этом каждый термоэлектрический модуль 1 прикреплен к объекту охлаждения 2 с помощью плоских пружин 6, один конец которых закреплен с помощью элементов крепления 7 на объекте охлаждения, а второй конец прижимает охлаждающую сторону термоэлектрического модуля к объекту охлаждения. Причем каждый теплообменник 3, снимающий тепло с горячей стороны, прикреплен к термоэлектрическому модулю 1 с помощью плоских пружин 6, один конец которых закреплен с помощью элементов крепления 7 на теплообменнике, а второй конец прижимает горячую сторону термоэлектрического модуля к теплообменнику.

Плоские пружины 6 с помощью элементов крепления 7 обеспечивают тепловой контакт поверхностей термоэлектрических модулей 1 с объектом охлаждения 2 и теплообменниками 3 независимо от высоты термоэлектрических модулей и непараллельности их сторон.

Предложенное устройство работает следующим образом. К горячей поверхности каждого термоэлектрического модуля 1 с помощью плоских пружин 6 и элементов крепления 7 прикрепляют теплообменник 3. Термоэлектрические модули 1 с прикрепленными к ним теплообменниками 3 прикрепляют к объекту охлаждения 2 с помощью плоских пружин 6 и элементов крепления 7. Соединяют последовательно между собой гидравлические магистрали теплообменников 3 и подключают их через насос 4 к охлаждающей магистрали 5. Требуемый расход теплоносителя через теплообменники обеспечивается тем, что расходно-напорные характеристики насоса 4 определяют из соотношения

ΔT=T1-Tп/T1≤ΔQ, где:

ΔT - разность температур теплоносителя на входе первого и выходе последнего теплообменников;

T1 - температура теплоносителя на входе первого теплообменника;

Tп - температура теплоносителя на выходе последнего теплообменника;

ΔQ - допуск на холодопроизводительность термоэлектрических модулей.

В случае, когда значение разности ΔT между температурой теплоносителя на входе первого T1 и выходе последнего Tп теплообменников, соединенных в последовательную цепь, отнесенное к температуре теплоносителя на входе первого теплообменника T1 из общей охлаждающей магистрали, не превышает по величине допуск на холодопроизводительность ΔQ, который указывается в технической документации на модули, можно пренебречь влиянием разности температур поверхностей термоэлектрических модулей на их холодопроизводительность.

Тепловой контакт поверхности каждого термоэлектрического модуля с объектом охлаждения обеспечивается тем, что каждый термоэлектрический модуль прикреплен к объекту охлаждения с помощью плоских пружин, один конец которых закреплен на объекте охлаждения, а второй конец прижимает охлаждающую сторону термоэлектрического модуля к объекту охлаждения. Тепловой контакт другой поверхности термоэлектрического модуля с теплообменником обеспечивается тем, что каждый теплообменник, снимающий тепло с горячей стороны, прикреплен к термоэлектрическому модулю с помощью плоских пружин, один конец которых закреплен на теплообменнике, а второй конец прижимает горячую сторону термоэлектрического модуля к теплообменнику.

Применение индивидуальных теплообменников 3 для каждого термоэлектрического модуля 1 снижает требования к допускам на геометрические размеры термоэлектрических модулей в процессе их производства, а в совокупности с прижатием термоэлектрических модулей 1 плоскими пружинами 6 с элементами крепления 7 обеспечивает тепловой контакт любого количества термоэлектрических модулей с объектом охлаждения 2 и теплообменниками 3. Использование насосов 4, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя через каждую группу из n последовательно соединенных теплообменников 3 от охлаждающей магистрали 5, исключает неравномерное распределение теплоносителя через группы теплообменников 3 из-за разброса гидравлического сопротивления магистралей.

Предлагаемое устройство охлаждения гарантирует тепловой контакт поверхностей термоэлектрических модулей с объектом охлаждения и теплообменниками, удешевляет изготовление качественных теплообменников, упрощает сборку устройства охлаждения, гарантирует равномерный съем тепла с горячих сторон термоэлектрических модулей, повышая тем самым холодопроизводительность или уменьшая количество необходимых термоэлектрических модулей.

1. Устройство охлаждения, содержащее термоэлектрические модули, одна поверхность которых контактирует с объектом охлаждения, а другая поверхность термоэлектрических модулей - с теплообменником, а также насос циркуляции теплоносителя, отличающееся тем, что каждый из n≥2 термоэлектрических модулей снабжен собственным теплообменником, соединенным с общей охлаждающей магистралью через насос(ы) циркуляции теплоносителя.

2. Устройство охлаждения по п. 1, отличающееся тем, что каждый термоэлектрический модуль снабжен узлом поджатия к объекту охлаждения, выполненным в виде плоской пружины, один конец которой закреплен на объекте охлаждения, а второй конец поджат к охлаждающей стороне термоэлектрического модуля.

3. Устройство охлаждения по п. 1, отличающееся тем, что каждый теплообменник, контактирующий с горячей стороной термоэлектрического модуля, снабжен узлом поджатия к термоэлектрическому модулю, выполненному в виде плоской пружины, один конец которой закреплен на теплообменнике, а второй конец поджат к горячей стороне термоэлектрического модуля.

4. Устройство охлаждения по п. 1, отличающееся тем, что насос(ы) циркуляции теплоносителя через теплообменники включен(ы) последовательно с теплообменниками, соединенными также последовательно, при этом расходно-напорные характеристики насоса(ов) циркуляции теплоносителя через теплообменники определяют из соотношения
ΔT=T1-Tп/T1≤ΔQ, где:
ΔT - разность температур теплоносителя на входе первого и выходе последнего теплообменников,
T1 - температура теплоносителя на входе первого теплообменника,
Tп - температура теплоносителя на выходе последнего теплообменника,
ΔQ - допуск на холодопроизводительность термоэлектрических модулей.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине. Система формирования протокола на основе обратной связи для теплового лечения части тела человека или животного содержит устройство теплообмена для нагревания и/или охлаждения части тела, соединенное с устройством теплового лечения, с помощью которого осуществляют способ формирования протокола.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для косметологических процедур на лицо человека содержит теплоконтактную пластину, систему теплоотвода и термоэлементы, подключенные к управляемому источнику постоянного тока.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для косметологических процедур на лицо человека содержит теплоконтактную пластину, систему теплоотвода и термоэлементы, подключенные к управляемому источнику постоянного тока.

Группа изобретений относится к держателю емкостей для напитков. Массажное кресло содержит многофункциональный сенсорный охлаждающий держатель-подстаканник.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое устройство для теплового воздействия на руку человека содержит температурный раздражитель.

Заявленное изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при нагреве и охлаждении воды и напитков. Предложен способ изменения температуры жидкости, заключающийся в отборе тепловой энергии с помощью теплового процесса, основанного на термоэлектрическом эффекте элемента Пельтье. На верхнюю пластину устанавливают емкость из теплопроводного металла, а нижнюю пластину элемента Пельтье соединяют с теплопроводом, осуществляющим прямой или обратный теплоперенос в емкость с жидкостью, установленную под элементом Пельтье. Технический результат - повышение КПД процесса. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к криоаппликаторам. Аппарат содержит корпус, крышку, в которой выполнен канал для отвода паров хладагента, сосуд для хладагента, канюлю для подачи хладагента из сосуда в съемную насадку. В крышке образованы первый, второй и третий дополнительные каналы, внутри сосуда установлены вертикально первая и вторая внутренние трубки, а к крышке присоединены первая, вторая наружные трубки и первый штуцер. Первая наружная трубка соединена одним концом с первым дополнительным каналом крышки, а другим - концом с канюлей через второй и третий штуцеры, образующие герметичное соединение трубки и канюли. Съемная насадка выполнена в виде емкости с внутренней полостью, канюля свободным концом соединена с внутренней полостью съемной насадки, к которой также присоединена внутренняя вторая трубка посредствам третьей наружной трубки, четвертого штуцера, четвертой наружной трубки, первого штуцера и второго дополнительного канала крышки. Первая внутренняя трубка соединена с каналом для отвода паров хладагента, к которому присоединена вторая наружная трубка, внутри сосуда на крышке установлен игольчатый клапан, соединенный с третьим дополнительным каналом. Использование изобретения позволяет повысить скорость охлаждения сменной насадки при низком расходе хладагента в процессе простоя аппарата. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к криоаппликаторам. Аппарат содержит корпус и крышку, в которой выполнен канал для отвода паров хладагента, сосуд для хладагента, канюлю для подачи хладагента из сосуда в съемную насадку. В крышке образованы первый, второй и третий дополнительные каналы, внутри сосуда установлены расположенные вертикально первая и вторая внутренние трубки, а к крышке присоединены первая и вторая наружные трубки. Съемная насадка выполнена в виде емкости с внутренней полостью. Канюля одним концом соединена с первым дополнительным каналом, а другим концом - с внутренней полостью съемной насадки, к которой также присоединена через вторую наружную трубку и второй дополнительный канал вторая внутренняя трубка. Первая внутренняя трубка соединена с каналом для отвода паров хладагента, к которому присоединена первая наружная трубка. Внутри сосуда на крышке установлен игольчатый клапан, соединенный с третьим дополнительным каналом. Использование изобретения позволяет повысить скорость охлаждения сменной насадки при низком расходе хладагента в процессе простоя аппарата. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к твердотельной криогенике, а именно к холодильникам на эффекте Пельтье с применением магнитного поля (продольный гальвано-термомагнитный эффект), и может быть использовано при охлаждении малых объектов. В охлаждающем устройстве, содержащем термоэлемент с n-ветвью 10 из сплава Bi-Sb и пассивной p-ветвью 9 из металла, размещенный в магнитном поле, n-ветвь выполнена с монотонно увеличивающейся по ее длине от горячего спая к холодному концентрацией сурьмы в сплаве, которая вычисляется по формуле ∇C=∇T·(Eg/Tг· δ ), где ∇C - градиент концентрации сурьмы в сплаве, ат%·см-1, Eg - среднее значение ширины зазора между валентной зоной и зоной проводимости n-ветви, мэВ, Тг - температура горячего спая термоэлемента, К, ∇Т - градиент температуры по n-ветви, К/см, δ - быстрота нарастания ширины зазора между валентной зоной и зоной проводимости в сплаве с увеличением содержания сурьмы, мэВ/ат%. Повышение термоэлектрической эффективности достигается компенсацией продольного изменения (градиента) напряженности электрического поля поперечных гальвано- и термомагнитных эффектов, вызванного перепадом температуры по длине ветви, изменением концентрации сурьмы в сплаве вдоль ветви. 1 ил.

Изобретение относится к системам термоэлектрического охлаждения. Система имеет горячую сторону с первой температурой и холодную сторону для размещения тепловой нагрузки. Горячая сторона окружена областью с температурой окружающего воздуха. Система содержит контактирующий с ней механизм постоянного поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха с целью повышения охлаждающей способности системы термоэлектрического охлаждения. Использование изобретения позволяет понизить температуру горячей стороны элемента термоэлектрического охлаждения, что приводит в итоге к повышению охлаждающей способности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицине и предназначено для проведения косметических процедур. Термоэлектрическое устройство для проведения косметических процедур на лице содержит теплоконтактную пластину, систему теплоотвода, термоэлементы и управляемый источник постоянного тока, подключенный к термоэлементам. Теплоконтактная пластина выполнена в виде гибкого основания из высокотеплопроводного материала. Основание имеет форму маски, повторяющей контуры лица человека, с отверстиями в области глаз, носа и рта и состоит из наборных сегментов с возможностью регулирования его формы и размеров в соответствии с конкретными геометрическими характеристиками лица. Соединение наборных сегментов между собой производится защелками по их боковой поверхности. Боковая поверхность основания, свободная от соединительных защелок, имеет выступы, отогнутые под углом 90° к основанию и сопряженные с обеспечением плотного теплового контакта с воздействующими спаями термоэлементов, опорные спаи которых контактируют с воздушным радиатором. На поверхности основания со стороны лица имеется тонкая силиконовая прослойка. Основание снабжено крепежным приспособлением для плотной фиксации устройства на лице. Достигается обеспечение возможности одновременного теплового воздействия на всю поверхность лица человека в соответствии с определенной структурой и геометрией. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к криогенным аппаратам. Криогенный распылитель содержит емкость для жидкого азота с герметизирующей головкой, в которой выполнены канал сброса повышенного давления азота и канал конденсора в виде металлической трубки, начальная часть которого жестко закреплена на наружной поверхности герметизирующей головки и снабжена клапаном контроля подачи и патрубком подачи кислорода или озонкислородной газовой смеси. Конечная часть выведена на наружную поверхность рабочей головки и снабжена съемной распыляющей насадкой. Клапан контроля подачи имеет пусковой рычаг, а конденсор выполнен погружным в емкость для жидкого азота, при этом нижняя часть погружного конденсора имеет от одной до нескольких петель радиатора, диаметр которых меньше диаметра горловой части емкости для жидкого азота. Использование изобретения позволяет повысить КПД и клиническую универсальность. 1 ил.
Наверх